CN101458445A - 一种用于探测刻蚀终点的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于探测刻蚀终点的方法及装置，涉及集成电路刻蚀工艺制程领域，其结构包括用于产生探测光束的激光发生器和用于检测光相位的光相位检测器。本发明根据分别穿透被刻蚀晶片和对比晶片的透射光相位差来确定是否为刻蚀终点并停止刻蚀。本发明提高了刻蚀终点探测的精确度。

Description

一种用于探测刻蚀终点的装置及方法

技术领域

本发明涉及集成电路刻蚀工艺制程领域，具体涉及集成电路光罩制造蚀刻工艺制程领域中用于干法刻蚀的一种用于探测刻蚀终点的装置及方法。

背景技术

在半导体制成中，干法刻蚀是刻蚀工艺的一种方法。在干法刻蚀中，用低压等离子体放电来去除集成电路中小尺寸图形里的材料。等离子体与硅片表面发生反应，然后去掉表面的材料。

干法刻蚀不同于湿法腐蚀之处在于它对下面的材料没有好的选择比。因此，需要终点探测(end-point detector)来检测刻蚀工艺并停止刻蚀以减小对下面材料的过度刻蚀。终点检测系统测量一些不同的参数，如刻蚀速率的变化、在刻蚀中去除的腐蚀产物的类型或在气体放电中活性反应剂的变化。

在现有技术中，有一种终点检测的方法是光发射谱。这种方法集成在刻蚀腔体中以便进行实时检测。

下面举例对现有技术的终点探测装置进行说明，参见图1，在此例中被刻蚀晶片的上层材料从上到下依次为光阻41，金属氧化层42，金属层43，石英玻璃44。在此例中，需要刻蚀掉的材料是金属层43，即需要进行终点探测的是金属层43。

现有的用于探测刻蚀终点装置的结构包括：

激光发生器1，用于产生探测光束11；

反射棱镜3，用于对所述探测光束11照射被刻蚀晶片后的反射光束21进行反射；

检测器2，用于检测从所述的反射棱镜3反射过来的反射光束21的强度。

进一步地，参见图1，现有的终点探测装置把激光发生器1和检测器2设置在被刻蚀晶片的两侧。

现有的终点探测方法首先在被刻蚀晶片上开一个刻蚀窗口，即窗口处的材料由于没有光阻41保护而将被刻蚀。所述激光发生器1发出探测光束11，所述探测光束11照射到被刻蚀晶片上产生反射光束21。所述的反射光束21通过反射棱镜3的反射，检测器2检测从反射棱镜3反射过来的反射光束21的强度。由于金属层43发射光的能力很强，在被刻蚀的过程中金属层43越来越薄，反射光束21便越来越弱。当窗口内金属层43刻蚀完毕时，反射光束21达到一个反射光束极小值。现有的终点探测方法即通过检测反射光束21由强变弱直至变为极小值的转变点，来判断刻蚀的终点。

图2是现有的终点探测装置的工作曲线图。参见图1和图2，由于首先刻蚀的是金属氧化层42，随着被刻蚀的金属氧化物越来越薄，在曲线的起始阶段曲线呈缓慢上升。当开始刻蚀金属层43时，反射光束强度趋于稳定，该阶段为正常刻蚀阶段。当金属层43由于被刻蚀而越来越薄时，反射光强度下降，直至反射光强度下降到一个反射光强度极小值，现有的终点探测方法即通过捕捉所述反射光强度极小值以进行终点探测。

参见图2的对反射光强度极小值的放大图，由于反射光束强度极小值数值太小，且所述反射光强度的极小值附近的曲线趋于平滑且起伏不大，很容易产生误差或探测到错误的点。

因此，由于反射光强度的极小值数值太小难于捕捉，现有技术的终点探测的装置和方法误差较大，甚至会探测到错误的点；并且，由于反射光极小值数值太小，外界因素(比如反射棱镜和噪音等)也会给探测信号(即探测光束和反射光束)带来影响也不可忽略，进一步地造成了误差。

发明内容

本发明的目的是提供了一种终点探测的装置及方法，以提高集成电路刻蚀工艺制程中终点检测精确度。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于探测相偏移光罩反向层的刻蚀终点的装置，其特征在于，其包括：

激光发生器，用于产生探测光束，所述的探测光束分别穿透包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和缺少相偏移光罩反向层的对比晶片；

光相位检测器，用于检测分别穿透包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和缺少相偏移光罩反向层的对比晶片的光的相位差，

所述的激光发生器和所述光相位发生器分别位于包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和缺少相偏移光罩反向层的对比晶片的两侧。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于探测相偏移光罩反向层的刻蚀终点的方法，其特征在于包括如下步骤：

- 利用两束探测光束分别照射包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和缺少相偏移光罩反向层的对比晶片；

- 检测分别穿透所述包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和所述缺少相偏移光罩反向层的对比晶片的透射光相位差；

- 当所述透射光相位差为φ时，进行刻蚀终点探测并停止刻蚀。

本发明的终点探测装置设置了一个探测图案，通过检测探测图案投影的亮度和宽度来确定刻蚀终点，相对于现有技术提高了进行刻蚀终点探测的准确度。

附图说明

图1是本发明的刻蚀终点探测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

在本实施例中，参见图1，被刻蚀晶片的上层材料从上到下依次为金属层43，硅化钼层(MoSi层)45和石英玻璃44。在此例中，被刻蚀材料是相偏移光罩(PSM，Phase Shift Mask)的能使光束相位反转π的反向层，即硅化钼层(MoSi层)45。

相偏移光罩(PSM，Phase Shift Mask)是集成电路制程中一种常用的光罩。所述相偏移光罩是在传统光罩的图形上，选择性地在透光区加上透明但能使光束相位反转π的反向层，用此光罩来进行曝光，可以使曝光系统的解析能力大增。

根据公式：

$\mathrm{\φ}=\frac{(n-1).d}{\mathrm{\λ}}.2\mathrm{\π}$                             公式(1)

其中φ为透过所述反向层的光的相位即φ＝π，λ为透过反向层的光的波长，n为透过所述反向层的光的折射率。由于光束相位反转π即φ＝π，所述反向层的厚度为 $d=\frac{\mathrm{\φ\λ}}{2\mathrm{\π}(n-1)}=\frac{0.5\mathrm{\λ}}{(n-1)}.$

根据本发明的第一方面，提供一种用于探测刻蚀终点的装置。如图7所示，所述终点探测装置的结构包括：

激光发生器1：用于产生探测光束。

光束分裂器2：用于将所述探测光束分为两束探测光束，所述的两束探测光束分别照射被刻蚀晶片和对比晶片，所述对比晶片只包括一层石英玻璃层44。

光束相位探测器3：用于探测所述穿透被刻蚀晶片和对比晶片的探测光束的相位差。

所述束分裂器2和所述激光发生器1被设置于被刻蚀晶片的上方，所述光束相位探测器3设置于被刻蚀晶片下方，所述光束分裂器7设置于所述激光发生器1下方。

根据本发明的第二方面，提供一种用于探测刻蚀终点的方法。

- 首先利用激光发生器1产生探测光束，所述的探测光束经过光束分裂器2，所述光束分裂器2将探测光束分成两束探测光束，分别照射探测被刻蚀晶片和对比晶片。

- 然后利用光束相位探测器3探测所述穿透探测被刻蚀晶片和对比晶片的探测光束的相位差。

- 根据PSM原理，由于硅化钼层45能够使穿透它的光束的相位反转π。参照图1，刻蚀开始时硅化钼层45还未被刻蚀，光束相位探测器3探测到穿透刻蚀窗口中被刻蚀晶片和对比晶片的光的相位差近似等于π。随着刻蚀的进行，硅化钼层45越来越薄，光束相位探测器3探测到的穿透刻蚀窗口中被刻蚀晶片和对比晶片的光的相位差越来越小，当所述相位差近似等于0时即进行终点探测，并停止刻蚀。

进一步地，根据PSM原理，本发明不仅限于能使光束相位反转π的反向层。所述反向层能使光束相位反转的数值由其厚度决定，即 $\mathrm{\φ}=\frac{2\mathrm{\πd}(n-1)}{\mathrm{\λ}},$ 其中λ为透过所述相偏移光罩反向层的光的波长，n为透过所述相偏移光罩反向层的光的折射率，d为所述相偏移光罩反向层的厚度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (4)

1.一种用于探测相偏移光罩反向层的刻蚀终点的装置，其特征在于，其包括：

激光发生器，用于产生探测光束，所述的探测光束分别穿透包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和缺少相偏移光罩反向层的对比晶片；

光相位检测器，用于检测分别穿透包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和缺少相偏移光罩反向层的对比晶片的光的相位差，

所述的激光发生器和所述光相位发生器分别位于包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和缺少相偏移光罩反向层的对比晶片的两侧。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述相偏移光罩反向层的厚度 $d=\frac{\mathrm{\φ\λ}}{2\mathrm{\π}(n-1)},$ 其中φ为透过所述相偏移光罩反向层的光的相位，λ为透过所述相偏移光罩反向层的光的波长，n为透过所述相偏移光罩反向层的光的折射率。

3.一种用于探测相偏移光罩反向层的刻蚀终点的方法，其特征在于包括如下步骤：

-利用两束探测光束分别照射包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和缺少相偏移光罩反向层的对比晶片；

-检测分别穿透所述包括相偏移光罩反向层的被刻蚀晶片和所述缺少相偏移光罩反向层的对比晶片的透射光相位差；

-当所述透射光相位差为φ时，进行刻蚀终点探测并停止刻蚀。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述相位差φ为 $\mathrm{\φ}=\frac{2\mathrm{\πd}(n-1)}{\mathrm{\λ}},$ 其中λ为透过所述相偏移光罩反向层的光的波长，n为透过所述相偏移光罩反向层的光的折射率，d为所述相偏移光罩反向层的厚度。

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